冷凍法施工工藝

1、冷 凍 法 施 工 目 錄1.1工程概況1工程簡介1工程地質(zhì)及水文地質(zhì)21.2冷凍法施工工藝及特點(diǎn)3施工工藝流程3凍結(jié)加固設(shè)計(jì)51.3冷凍主要物資表91.4冷凍施工時(shí)間表131.5冷凍的質(zhì)量控制與監(jiān)測13監(jiān)測內(nèi)容13監(jiān)測方法151.6開挖與構(gòu)筑施工16開挖凍結(jié)技術(shù)指標(biāo)16預(yù)應(yīng)力支架安裝16土方開挖171.6.4支護(hù)結(jié)構(gòu)171.7本工程的重難點(diǎn)及采取的措施18凍結(jié)壁與管片交接位置的處理18鋼管片與聯(lián)絡(luò)通道拱頂交接位置的處理181.1 工程概況1.1.1 工程簡介【南浦站洛溪站區(qū)間】區(qū)間長度920m，聯(lián)絡(luò)通道設(shè)置在里程YDK6+829.561處，上方中心為花壇。聯(lián)絡(luò)通道埋深約16m，結(jié)構(gòu)高4.25

2、m，寬3.8m，長6.54m。聯(lián)絡(luò)通道采用礦山法施工，結(jié)構(gòu)形式為初期支護(hù)+二次襯砌。聯(lián)絡(luò)通道結(jié)構(gòu)見圖1、2。圖1 聯(lián)絡(luò)通道結(jié)構(gòu)圖圖2 聯(lián)絡(luò)通道結(jié)構(gòu)剖面圖冷凍前已對聯(lián)絡(luò)通道范圍地層采用800600雙管旋噴樁加固，相鄰排錯(cuò)位布置。加固在08年12月中旬完成?？紤]到加固地層地下水流動性較強(qiáng)且位于砂層，采用先聯(lián)絡(luò)通道開挖，后切割隧道管片的方法，即地層加固后，在地面兩隧道之間先施工一豎井（直徑2.5m的鋼護(hù)筒）至聯(lián)絡(luò)通道位置，然后再使用礦山法開挖聯(lián)絡(luò)通道，在聯(lián)絡(luò)通道初襯完成后，最后切割管片連通隧道并施工二襯。1.1.2 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)南浦站洛溪站聯(lián)絡(luò)通道頂部埋深為15.7m，底部埋深19.8m，穿越

3、地層主要為<3-1>粉細(xì)砂層。聯(lián)絡(luò)通道上方是：<3-1>粉細(xì)砂層、<2-2>、<2-1A>淤泥及<1>雜填土等地層，下方是：<4-1>淤泥質(zhì)土、<5-2>硬塑粘土、<6>全風(fēng)化紅巖、<7>強(qiáng)風(fēng)化紅巖等。洞身上覆土層為<3-1>粉細(xì)砂層、下臥土層為地層<4-1>淤泥質(zhì)土、<3-1>粉細(xì)砂層，剖面圖如圖3?？辈靾?bào)告顯示，聯(lián)絡(luò)通道地層及隧道上覆地層均為透水地層，滲透系數(shù)分別為：<3-1>粉細(xì)砂層2.5m/d； <2-2>淤泥質(zhì)細(xì)中砂層

4、1.8m/d。由于地層滲透性強(qiáng)，又距離江邊較近，聯(lián)絡(luò)通道位置地下水與三枝香水道有直接水力聯(lián)系。圖3【南浦站洛溪站】右線聯(lián)絡(luò)通道位置地質(zhì)剖面圖1.2 冷凍法施工工藝及特點(diǎn)1.2.1 施工工藝流程聯(lián)絡(luò)通道施工可分為凍結(jié)孔施工、凍結(jié)施工和開挖構(gòu)筑施工三個(gè)主要部分，其主要施工順序見下圖所示。施工準(zhǔn)備凍結(jié)孔封堵冷凍站系統(tǒng)拆除圖 1融沉注漿充填凍結(jié)孔施工凍結(jié)站安裝開挖、臨時(shí)支護(hù)凍結(jié)運(yùn)轉(zhuǎn)(積極凍結(jié)和維護(hù)凍結(jié))永久支護(hù)開挖準(zhǔn)備圖4 聯(lián)絡(luò)通道冷凍法施工流程圖圖5 凍結(jié)站鹽水循環(huán)流程圖鹽水系統(tǒng)氟系統(tǒng)清水系統(tǒng)鹽水泵鹽水箱閘閥螺桿壓縮機(jī)冷卻塔清水泵去路回路去路回路1.2.2 凍結(jié)加固設(shè)計(jì)1、凍結(jié)帷幕的設(shè)計(jì)要求 凍土強(qiáng)

5、度的設(shè)計(jì)指標(biāo)為：單軸抗壓3.6Mpa，抗折2.0Mpa，抗剪1.5Mpa(-10) ；開挖區(qū)外圍凍結(jié)孔布置圈上凍結(jié)壁與隧道管片交界面處溫度不高于-5，其部位設(shè)計(jì)平均溫度為-10；凍結(jié)加固厚度為1.8m。2、凍結(jié)孔布置（1）凍結(jié)孔布置聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)孔的布置采取從兩側(cè)隧道打孔方式進(jìn)行。凍結(jié)孔按上仰、水平、下俯三種角度布置，共布置凍結(jié)孔64個(gè)，其中設(shè)置4個(gè)穿透孔。施工技術(shù)要求：凍結(jié)孔的開孔位置誤差不宜大于100mm，應(yīng)避開管片接縫、螺栓、主筋和鋼管片肋板。凍結(jié)孔開孔間距最大允許偏斜誤差不得大于150mm 。凍結(jié)孔有效深度不小于凍結(jié)孔設(shè)計(jì)深度。凍結(jié)管管頭碰到凍結(jié)站對側(cè)管片的凍結(jié)孔，不能循環(huán)鹽水的管頭長度

6、不得大于150mm。凍結(jié)管用89×8mm,20#低碳鋼無縫鋼管，凍結(jié)管耐壓不低于為0.8Mpa，并且不低于凍結(jié)工作面鹽水壓力的1.5倍。凍結(jié)管接頭抗拉強(qiáng)度不低于母管的75%。施工凍結(jié)孔時(shí)的土體流失量不得大于凍結(jié)孔體積，否則應(yīng)及時(shí)注漿控制地層沉降。首先施工透孔以復(fù)核對側(cè)隧道預(yù)留口位置的偏差及鉆孔施工質(zhì)量，如大于100mm應(yīng)按保證凍結(jié)壁設(shè)計(jì)的厚度的原則對凍結(jié)孔布置進(jìn)行調(diào)整。（2）測溫孔布置聯(lián)絡(luò)通道測溫孔布置7個(gè)，上行線布設(shè)5個(gè)，下行線布設(shè)2個(gè)，目的主要是監(jiān)測凍結(jié)帷幕范圍不同部位的溫度發(fā)展?fàn)顩r，以便綜合采用相應(yīng)控制措施，確保施工的安全，測溫孔布置示意圖見附圖。（1）測溫管選用32×

7、;4mm,無縫鋼管；（2）測溫管長度每個(gè)26m；（3）管前端焊接密封，管內(nèi)不得滲水。（3）卸壓孔布置在凍結(jié)帷幕封閉區(qū)域內(nèi)布置4個(gè)卸壓孔，上行線、下行線各2個(gè)（詳細(xì)布置見（附圖6）。在卸壓孔上安裝壓力表，可以很直觀的監(jiān)測凍結(jié)帷幕內(nèi)的壓力變化情況，通過每日觀測，及時(shí)判斷凍結(jié)帷幕的形成，并可直接釋放凍脹壓力。卸壓管選用32×3.5mm,無縫鋼管；卸壓管長度每個(gè)23m；管前端開口，進(jìn)入土體段鉆孔呈梅花狀,以確保凍結(jié)帷幕內(nèi)的壓力有效傳遞。（4）凍結(jié)孔圖紙及相關(guān)參數(shù)右線隧道左線隧道圖6 凍結(jié)孔平面布置圖圖7 凍結(jié)孔剖面布置圖表1 凍結(jié)孔參數(shù)表3、制冷設(shè)計(jì)積極凍結(jié)期鹽水溫度為-28-30，維護(hù)凍結(jié)

8、期溫度為-25-28。積極凍結(jié)時(shí)間為40天，維護(hù)凍結(jié)時(shí)間為30 天（暫定，實(shí)際為從開挖開始至主體結(jié)構(gòu)施工結(jié)束）。凍結(jié)孔單孔流量不小于5m3/h。1.3 冷凍主要物資表編 號項(xiàng) 目單位數(shù)量備 注一主要設(shè)備1冷凍機(jī)組臺2單臺制冷量為8.75×104 Kcal/h，電機(jī)功率110KW2鹽水泵臺1IS150-125315型，流量200m3/h，電機(jī)功率30KW;3清水泵臺1IS150-125315型，流量200m3/h，電機(jī)功率30KW;5測斜儀臺16測溫儀臺17冷卻塔臺2KST-80型2臺，補(bǔ)充新鮮水10m3/h8水平鉆機(jī)臺19電焊機(jī)臺210風(fēng)機(jī)臺2二主要材料189×8無縫鋼管M

9、52020#低碳鋼2159×6無縫鋼管M150鹽水干管和集配液圈345×3.5無縫鋼管M900供液管4高壓膠管M1000耐壓0.8MPa5冷凍機(jī)油KG400N466氟里昂R22KG800制冷劑7氯化鈣T30冷媒劑8單向閥只60開啟壓力1.0MPa1089閥門只13011159閥門只612219閥門只2013保溫材料M280014合金鉆頭只809515合金鉆頭只80130表2 凍結(jié)施工主要設(shè)備及材料用量表圖8 鉆孔及鉆機(jī)圖9 冷凍機(jī)組散熱用巨扇冷卻塔清水泵：提供自身冷卻系統(tǒng)水循環(huán)冷卻水箱冷卻供水圖10 冷卻水系統(tǒng)圖進(jìn)液主干管回液主干管圖11 冷凍管路1.4 冷凍施工時(shí)間表表3

10、 凍結(jié)施工時(shí)間表工序工期時(shí)間（天）102030405060708090100110施工準(zhǔn)備2凍結(jié)孔施工18凍結(jié)站安裝18凍結(jié)準(zhǔn)備3積極凍結(jié)45維護(hù)凍結(jié)25開挖與構(gòu)筑25拆除10總工期1031.5 冷凍的質(zhì)量控制與監(jiān)測1.5.1 監(jiān)測內(nèi)容1、水平孔施工監(jiān)測內(nèi)容（1）鉆孔長度 （2）鋪設(shè)凍結(jié)管長度 （3）凍結(jié)管偏斜 （4）凍結(jié)器密封性能 （5）供液管鋪設(shè)長度2、凍結(jié)系統(tǒng)監(jiān)測內(nèi)容 （1）凍結(jié)器去回路鹽水溫度； （2）冷卻循環(huán)水進(jìn)出水溫度； （3）冷凍機(jī)吸排氣溫度； （4）鹽水泵工作壓力； （5）冷凍機(jī)吸排氣壓力 （6）制冷系統(tǒng)冷凝壓力（7）制冷系統(tǒng)汽化壓力圖12 干路去回路鹽水溫度隨時(shí)間變化曲線3、

11、凍結(jié)帷幕監(jiān)測內(nèi)容（1）凍結(jié)帷幕溫度場； （2）開挖后凍結(jié)帷幕表面溫度（3）開挖后凍結(jié)帷幕暴露時(shí)間內(nèi)凍結(jié)帷幕表面位移圖13 3號孔測點(diǎn)溫度變化曲線圖4、周圍環(huán)境和隧道土體進(jìn)行變行監(jiān)測內(nèi)容（1）隧道的沉降位移監(jiān)測（2）隧道的水平及垂直方向的收斂變形監(jiān)測（3）地面管線沉降的觀測1.5.2 監(jiān)測方法1、凍結(jié)孔偏斜凍結(jié)器密封性能監(jiān)測水平凍結(jié)孔偏斜的監(jiān)測使用經(jīng)緯儀結(jié)合燈光進(jìn)行。凍結(jié)器密封性能的監(jiān)測采用管內(nèi)注水，試壓泵加壓的方法試漏，試漏程序及指針符合水平孔凍結(jié)器設(shè)計(jì)要求，每孔測量一次。2、溫度監(jiān)測鹽水系統(tǒng)和凍結(jié)帷幕溫度監(jiān)測，使用測溫儀。制冷系統(tǒng)和冷卻水循環(huán)以及凍結(jié)帷幕幫壁溫度使用測溫儀并結(jié)合精密水銀溫度計(jì)

12、測量，監(jiān)測頻率每天13次，必要時(shí)每2小時(shí)一次。3、壓力監(jiān)測制冷系統(tǒng)和鹽水系統(tǒng)的工作壓力安裝壓力表量測，制冷高壓系統(tǒng)選用02.5MPa壓力表，中低系統(tǒng)選用01.6MPa壓力表，監(jiān)測頻率，每班一次。4、地面環(huán)境及隧道監(jiān)測（）地面測點(diǎn)布設(shè)基準(zhǔn)點(diǎn)布設(shè)：在聯(lián)絡(luò)通道位置對應(yīng)的地面中心50m以外的穩(wěn)定區(qū)域布設(shè)兩個(gè)沉降基準(zhǔn)點(diǎn)（其中一個(gè)作為復(fù)合點(diǎn)）。 沉降點(diǎn)布設(shè)：在聯(lián)絡(luò)通道位置對應(yīng)的地面中心20m范圍內(nèi)布置沉降監(jiān)測點(diǎn)，測點(diǎn)間距5m，在聯(lián)絡(luò)通道位置中心及管線和建筑物位置加密布置測點(diǎn)。（）隧道內(nèi)測點(diǎn)布設(shè) 基準(zhǔn)點(diǎn)布設(shè)：在聯(lián)絡(luò)通道50m以外的穩(wěn)定區(qū)域分別布設(shè)水平位移檢測基準(zhǔn)點(diǎn)和兩個(gè)垂直基準(zhǔn)點(diǎn)（其中一個(gè)作為復(fù)合點(diǎn)）。 沉

13、降點(diǎn)布設(shè)：在通道兩側(cè)50m范圍內(nèi)對隧道水平及垂直方向的收斂變形及施工影響范圍內(nèi)的隧道整體進(jìn)行監(jiān)測。沉降監(jiān)測點(diǎn)布設(shè)在隧道底環(huán)片上，測點(diǎn)間距為2m，測點(diǎn)用道釘打入環(huán)片內(nèi)牢固。 位移點(diǎn)布設(shè)：位移監(jiān)測點(diǎn)布設(shè)在隧道兩肩的環(huán)片上，測點(diǎn)間距為2m，測點(diǎn)用道釘打入環(huán)片內(nèi)牢固。隧道收斂監(jiān)測點(diǎn)布設(shè)：監(jiān)測點(diǎn)布設(shè)在上、下、左、右隧道壁上。用紅漆做好標(biāo)記。1.6 開挖與構(gòu)筑施工1.6.1 開挖凍結(jié)技術(shù)指標(biāo)要確定打開管片進(jìn)行開挖還需結(jié)合測溫孔資料、卸壓孔壓力、探孔情況等方面綜合考慮，需具備如下條件，方可開挖。項(xiàng)目數(shù)值備注凍結(jié)帷幕平均溫度-10用成冰公式法計(jì)算鹽水溫度積極期-28-30用測溫儀監(jiān)測維護(hù)期-28鹽水去、回路溫

14、差(包括各支路)積極期2以內(nèi)凍結(jié)至設(shè)計(jì)溫度時(shí)維護(hù)期1.0以內(nèi)卸壓孔交圈前靜水壓力通過壓力表觀測交圈后劇增至0.150.3MPa1.6.2 預(yù)應(yīng)力支架安裝開挖施工之前，在通道開口處隧道管片開口環(huán)中不開口部位均勻設(shè)置8個(gè)支撐點(diǎn)隧道支架（支撐點(diǎn)的支撐能力不小于500KN/點(diǎn)），以減輕聯(lián)絡(luò)通道開挖構(gòu)筑施工對隧道產(chǎn)生不利的影響。根據(jù)結(jié)構(gòu)施工圖要求，單個(gè)鋼支架6個(gè)預(yù)應(yīng)力千斤頂、2個(gè)固定支撐及支撐保護(hù)板等部分組成。安裝方法：在區(qū)間隧道上、下行線聯(lián)絡(luò)通道開口兩側(cè)各架兩榀，共四榀，并在聯(lián)絡(luò)通道兩端沿隧道方向?qū)ΨQ布置，每榀支架有8個(gè)支點(diǎn)，由6個(gè)50t螺旋式千斤頂提供預(yù)應(yīng)力，施加預(yù)應(yīng)力時(shí)每個(gè)千斤頂要同時(shí)慢慢平穩(wěn)加壓

15、，每個(gè)千斤頂以壓實(shí)支撐點(diǎn)為宜。圖14 預(yù)應(yīng)力支架圖1.6.3 土方開挖經(jīng)探孔確認(rèn)可以進(jìn)行正式開挖后，打開鋼管片，然后根據(jù)采用礦山法進(jìn)行暗挖施工。圖15 聯(lián)絡(luò)通道開挖順序圖由于土體采用凍結(jié)法加固，凍土強(qiáng)度較高，凍結(jié)帷幕承載能力大，因而開挖時(shí)可以采用全斷面一次開挖，開挖步距為0.5m左右。開挖斷面超挖不大于30mm，開挖中心線偏差不大于20mm。另外，凍土強(qiáng)度高，韌性好，需采用風(fēng)鎬進(jìn)行掘進(jìn)。圖16 開挖出的凍土 圖17 測溫顯示凍土為-91.6.4 支護(hù)結(jié)構(gòu)采用兩次支護(hù)方式。第一次支護(hù)（臨時(shí)支護(hù)）采用鋼支架加木背板和噴射混凝土。第二次支護(hù)（永久支護(hù)）采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土。圖18 臨時(shí)支護(hù)與永久支護(hù)結(jié)構(gòu)圖1.7 本工程的重難點(diǎn)及采取的措施1.7.1 凍結(jié)壁與管片交接位置的處理1、重難點(diǎn)（1）廣州地區(qū)氣溫較高。（2）廣州地區(qū)水溫較高，平均在26上下。（3）由于車站結(jié)構(gòu)施工需要，隧道兩端的井口均封閉。以上情況導(dǎo)致隧道內(nèi)熱量無法散發(fā)，對凍結(jié)部分的管片降溫影響較大。在凍結(jié)50天后管片溫度依然在0以上。2、主要措施：（1）增加鼓風(fēng)機(jī)2臺，增大冷卻塔附近的空氣流動。（2）將回流的冷卻水直接排放，補(bǔ)充溫度較低的自來水。（3）緊貼管片設(shè)置冷凍排管